Особенности двигателей для комбайнов

3.3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОМБАЙНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

На всех комбайнах типа «Урал» в качестве привода резцовых дисков используются двигатели типа ВА02-280М4У2-5 с номинальной мощностью 160 кВт.

Структура условного обозначения следующая:

ВАО — взрывозащищенный, асинхронный, обдуваемый (т.е. с наружным обдувом);

2 — порядковый номер модификации;

280 — высота оси вращения, мм,

М — один из трех типоразмеров двигателя (S, М, L);

4 — число полюсов (4);

У — климатическая зона (здесь У — умеренный климат, диапазон температур от +40 до -45 °С, в отличие от Т — тропическая зона);

2-5 — категория размещения, здесь — в зоне с повышенной влажностью.

Режимы работы электродвигателей комбайна отличаются друг от друга. Наиболее нагружены двигатели приводов механизмов, принимающих участие в разрушении руды, в особенности двигатели резцовых дисков. Режим работы этих двигателей отличается значительной неравномерностью нагрузки, частыми перерывами в работе, что обуславливает большое число включений двигателя и, вследствие этого, быстрый его нагрев и перегрев. В связи с этим, температурный режим работы двигателя является одной из основных его характеристик.

Для двигателей комбайнов допустимая температура корпуса равна 100 °С, обмоток статора — 155 иС. При кремнийорганической изоляции класса Н допустимый нагрев обмоток статора достигает 180 °С.
В соответствии с ГОСТ 183-74 (СТ СЭВ 1346-78) установлено восемь номинальных режимов работы электрических машин, которые имеют обозначения SI — S8, Основные сведения о режимах работы электродвигателей и электроприводов на их основе приведены в таблице

Учитывая условия работы комбайновых двигателей, заводы-изготовители относят их к режиму S4, т.е. повторно — кратковременному режиму с ПВ-

60% (ПВ — продолжительность включения, которая характеризует отношение времени включения комбайна к продолжительности цикла в %).

При работе в этом режиме за врехмя перерыва в работе двигатель не успевает остывать, а при движении температура нагрева постоянно нарастает и может достичь и превысить допустимые значения. Поэтому для защиты от перегрева в обмотку статора встроены датчики тепловой защиты.

Важнейшей характеристикой электродвигателей является номинальная мощность ( NH0M ), т.е. наибольшая полезная механическая мощность на валу двигателя, которую он способен отдавать, не перегреваясь.

Другой важнейшей характеристикой двигателя является зависимость максимального крутящего момента от скольжения ротора электродвигателя М = f (s), называемая механической характеристикой.

Скольжение (s) зависит от отношения разности между синхронной частотой вращения магнитного поля статора (а2) и текущей скоростью вращения ротора двигателя (п) к синхронной частоте вращения магнитного поля статора («,_•), равной для комбайновых двигателей 1600-3000 об/мин. При неподвижном двигателе скольжение равно единице, а при синхронной частоте вращения ротора двигателя оно равно нулю.

Вращающий электромагнитный момент, развиваемый

асинхронным двигателем, очень чувствителен к напряжению питающей сети, т.к. находится от него в квадратичной зависимости (М=1Г).

Поэтому правилами эксплуатации допускается падение напряжения в сети Uc не более 5% от номинального напряжения UH. Таким образом, комбайновый двигатель должен при разумном весе и допустимых габаритах иметь достаточно большую номинальную мощность и развивать значительный вращающий момент. В связи с этим в горной промышленности широко используют асинхронные короткозамкнутые двигатели с двойной беличьей клеткой на роторе, с глубоким пазом и т.п. Начальный пусковой момент двигателя с двойной клеткой больше критического. При перегрузках возможность “опрокидывания” такого двигателя меньше, чем у двигателей общепромышленного назначения. Двигатель сохраняет значительный

Таблица 3.1 Режимы работы электродвигателей . Схемы соединения обмоток

вращающий момент даже при вынужденной остановке. После уменьшения момента нагрузки двигатель легко разгоняется.

Заложенную в электродвигатель мощность NH можно увеличить, обеспечивая эффективный отвод тепла от корпуса двигателя. В угольных комбайнах были успешно использованы способы принудительного охлаждения корпуса при помощи проточной воды или диэлектрической жидкости, подаваемой в трубки, проложенные по периметру в корпусе двигателя. В калийных рудниках такой способ отвода тепла не применим.

Охлаждение обдуваемых электродвигателей комбайнов типа «Урал» со сплошной отработкой затруднено стесненностью размещения комбайна в горной выработке и стесненностью размещения самого двигателя в конструкции комбайна.

Устойчивый крутящий момент на валу двигателя можно обеспечить, увеличивая «жесткость» питающей сети. «Жесткость» сети характеризуется отношением мощности сети к мощности потребителя и величиной сопротивления кабельной линии. Чем больше мощность сети и меньше сопротивление линии, тем «жёстче», устойчивее сеть. При сохранении тенденции увеличения установленной мощности до 600 кВт и более при сохранении напряжения UH =660 В возникает необходимость увеличить число питающих комбайн кабелей с 2 до 3-4. Это усложняет технологию эксплуатации комбайна при сохранении всех имеющихся недостатков, в том числе и ограничение длины кабельных линий по фактору допустимого падения напряжения (AU), “опрокидывание” электродвигателей и т.д.

Выходом был бы переход на новые ступени напряжения 1140 В и далее до 6000 В. При этом схема электроснабжения стала бы технически элегантной, простой и надежной (один питающий трансформатор, один питающий кабель). Полностью снялись бы вопросы, связанные с допустимой длиной кабельных линий, опрокидыванием электродвигателей. При реконструкции старых схем электроснабжения такой подход должен быть экономически обоснован, так как он может повлечь за собой значительные финансовые расходы.

Известен положительный зарубежный опыт питания кабельных комплектов напряжением 3 кВ, причем переход на более высокое напряжение не привел к увеличению электротравматизма.

Технические характеристики комбайновых двигателей даны в разделах, где приводится описание электрооборудования конкретных горных машин.

Моторные установки зерноуборочных комбайнов

Основные технические показатели. С помощью моторной установки осуществляется привод ведущих колёс, рабочих органов, вспомогательных механизмов и элементов комбайна. В состав моторной установки входят: двигатель, его система и рама, на которой смонтирован двигатель; кабина с площадкой управления; гидросистема; электросистема.

На зерноуборочные комбайны устанавливаются рядные дизельные четырёх- либо шестицилиндровые двигатели (диаметр цилиндров – 120 мм, ход поршня – 140 мм; номинальная частота вращения коленчатого вала 2000 мин -1 ). Порядок работы четырёхцилиндрового двигателя – 1-3-4-2, порядок работы шестицилиндрового двигателя – 1-5-3-6-2-4. Отношение массы двигателя к номинальной мощности (удельная металлоёмкость) – 5-5,8 кг/кВт. Удельный расход топлива (в режиме эксплуатационной мощности) – 235-245 г/кВт/ч.

Удельная мощность двигателя (мощность, требуемая на единицу пропускной способности) – 10-14 кВт/(кг/с). Меньшие значения соответствуют приведённой подаче q = 4-5 кг/с, большие – q ≥8-10 кг/с.

Комбайны СК-5М оснащаются четырёхцилиндровыми двигателями СМД-21, СМД-22, СМД-22А (Харьковский завод «Серп и Молот»). Эксплуатационная мощность данных двигателей составляет N_э = 130 кВт. Комбайны «Енисей-1200» оснащаются двигателями СМД-24 (эксплуатационная мощность N_э = 118 кВт). Комбайны «Дон-2600» и «Дон 1500Б» оснащаются шестицилиндровыми двигателями СМД-31А (эксплуатационная мощность N_э = 162 кВт).

Конструктивные особенности комбайновых дизельных двигателей.

Комбайновые двигатели работают при повышенной запылённости окружающей среды и засорённости растительными примесями. Из-за низкой рабочей скорости (4-7 км/ч) движения агрегата требуется очистка и охлаждение воздуха, который нагнетается в цилиндры. В конструкции современных комбайновых дизельных двигателей (например, СМД-31А) предусмотрены вращающиеся сетчатые воздухозаборники, снабжённые инерционным предочистителем, а также отсасывающим эжектором. Дополнительная очистка воздуха, который поступает в турбину, производится с помощью воздухоочистителя (состоит из бумажного фильтрующего элемента). Нагнетаемый турбокомпрессорами воздух сначала поступает в воздушный радиатор (для охлаждения), далее во впускной коллектор и потом в цилиндры дизеля.

У двигателя СМД-31А система водяного охлаждения – принудительного типа. В её состав входят: радиатор; насос с вентилятором; термостат; водоподводящие каналы; шланги и патрубки. Водяной, а также воздушный радиаторы смонтированы в едином блоке, который к тому же способен поворачиваться по оси относительно самого двигателя, что существенно облегчает доступ к механизмам комбайна и, соответственно, повышает ремонтопригодность. Для предотвращения засорения соломистыми примесями труб радиаторов блок закрыт воздухозаборником. В состав воздухозаборника входит свободно посаженный на оси очиститель, а также затенитель и установленная между ними сетка. Вращение очистителя и затенителя происходит под действием воздушного потока, который нагнетается вентилятором. В процессе вращения затенитель производит очистку сетки от мусора, засасываемого по патрубкам посредством воздушного потока вентилятора. Затем мусор выбрасывается лопастями вентилятора наружу. При проведении технического обслуживания воздухозаборник необходимо повернуть относительно водяного радиатора.

В двигателях СМД-22; СМД-23; СМД-24 охлаждение масла смазочной системы происходит в масляном радиаторе, а в моторе СМД-31А масло охлаждается в водомасляном теплообменнике, нагнетание воды в который производится насосом непосредственно из нижнего бачка радиатора.

Отбор вращающих моментов с коленчатого вала двигателя производится с его обоих концов. С переднего – на привод движителей (колёса либо гусеницы) ходовой части комбайна, а с заднего осуществляется привод рабочих органов. Чтобы снизить крутильные колебания, передача момента с передних колёс коленчатого вала осуществляется пальцами водила на ведущий шкив привода ходовой части посредством резиновых втулок. Для устранения вибрации корпуса молотилки используются амортизаторы с резиновыми наполнителями, смонтированные между рамой и опорами дизеля.

Двигатель и ходовая часть комбайна

Двигатель и ходовая часть комбайна

Для передвижения комбайна по полю и привода его рабочих органов применяется моторная установка, состоящая из двигателя с муфтой сцепления, водяного и масляного радиаторов, воздухозаборника и подмоторной рамы.

На ходовую часть и рабочие органы комбайна мощность от двигателя отбирается с обоих концов коленчатого вала. От левого конца вала мощность через однодисковую непостоянно замкнутую муфту сцепления и четырех ручьевой шкив передается главному контрприводному валу молотилки, а от него — рабочим органам; от правого же конца шкивом клиноременной передачи через вариатор приемному шкиву ведущих колес, смонтированному на приводном валу коробки передач.

Для предотвращения забивания радиаторов пылью и мелкой соломистой массой на водяном радиаторе укреплен воздухозаборник, имеющий устройство для очистки фильтрующей поверхности. Воздухозаборник можно очищать с места водителя с помощью гидравлической системы, а поднимать и опускать шторку внутри него рукояткой.

Ходовая часть комбайна состоит из моста, передних ведущих и управляемых задних колес, расположенных симметрично относительно продольной оси комбайна. Ведущие колеса диаметром 1400 мм расставлены на колею 2419 мм, управляемые колеса диаметром 935 мм на колею 1215 мм.

Ведущие колеса приводятся во вращение от двигателя через клиноременный вариатор, муфту сцепления, коробку передач, дифференциал и бортовые планетарные редукторы. Муфта сцепления — однодисковая, сухая, постоянно замкнутого типа—заимствована от автомобиля ГАЗ-53 и размещена в полости приемного шкива. Коробка передач шестеренная, двухходовая, с тремя передачами переднего и одной заднего хода.

Мост ведущих колес оснащен тормозом; система их привода позволяет плавно изменять скорость движения комбайна от 1,04 до 18.7 км/ч.

Управляемые колеса, основа моста которых — шарнирно присоединенный к раме комбайна брус, связаны специальным механизмом, позволяющим расположить их относительно центра поворота комбайна так, чтобы они перекатывались свободно.

Зерноуборочные комбайны: классификация, принцип работы и особенности каждого

Зерноуборочные комбайны – узкоспециализированные сельхозмашины, используемые для уборки зерновых. Функционально совмещают в себе операции нескольких приспособлений – жатки, веялки и молотилки. Благодаря полной автоматизации рабочих процессов позволяют закончить уборочную страду в сжатые сроки, что немаловажно для сохранения качества и питательной ценности убранного материала.

Первые зерноуборочные комбайны появились к середине XIX века в США. Они представляли собой колесные повозки, позволяющие срезать, очищать стебли от зерна и первично провеивать их от шелухи. Внешний вид современных комбайнов для заготовки злаковых культур претерпел значительных изменений. При своей высокой производительности и внушительным габаритам они не создают антропогенной нагрузки на почву, бережно обрабатывают как само зерно, так и солому и сводят к минимуму участие человека в технологическом процессе.

На сегодня ассортимент зерноуборочной техники настолько расширился, что сложно ответить, какой зерноуборочный комбайн лучше. Ввиду актуальности данного вопроса подробнее остановимся на классификации, особенностях устройства и обслуживания каждой разновидности этих агромашин.

Классификация зерноуборочных комбайнов

Разделение этой техники производится по нескольким градациям:

• способу агрегирования;
• направленности срезанной массы;
• устройству молотильно-сепарирующего блока.

По первому признаку различают комбайны:

• самоходные – представляют собой полноценный механизм на колесном или гусеничном ходу, который приводится в действие двигателем внутреннего сгорания (например, машина марки КЗС 10К-26 и большинство современных);
• прицепные – разновидность прицепного оборудования, которое может агрегироваться через гидропривод или карданный вал к большинству тракторов типа МТЗ-80 (КОП-3 «Росич», прицепной ПН-100 «Простор», которые могут работать как с гусеничными, так и колесными тракторами с тяговым классом не ниже второго;
• навесные – чаще всего встречаются в малогабаритных вариантах. С помощью адаптеров могут превратить мотоблок, садовый мини-трактор в полноценный комбайн, хоть и компактного размера.

По распределению потока убранной зерно-стеблевой части:

• продольно-прямоточные;
• т-образные;
• поперечно-прямоточные;
• г-образные.

В зависимости от молотильно-сепарирующего узла, выделяют:

• барабанные – имеют компоновку из жатки, веялки и молотилки (например, СК-3 или «Агромаш» 3000);
• роторные – их конструкция лишена молотилки. Вместо нее на машинах устанавливается продольный ротор («John Deere» S690);
• гибридные – совмещают в себе и барабан, и ротор («Massey Ferguson» MF 9895 Fortia).

Рассмотрим каждую из 3 групп в отдельности.

Принцип работы зерноуборочного комбайна с барабанным измельчителем

Схема устройства барабанных или клавишных комбайнов считается классической. В передней части таких комбайнов имеются ножи, которые скашивают стебли и передают их мотовилу. С его помощью они собираются и продвигаются к жатке. За счет вращающихся шнеков колоски попадают на наклонный транспортер, а и з него – в молотилку.

В бильном барабане производится обмолот зерновых. Отделенная от стеблей часть через деку просыпается на грохот. Невымолоченные остатки проходят повторную обработку и, побывав на клавишах соломотряса, попадают на эту же часть. При этом солома идет в копнитель или на измельчение, а зерно – провеивается и осыпается в зерновой бункер, из которого его можно выгружать в грузовые машины. Существенным недостатком клавишных зерноуборочных агрегатов является производительность. За равный промежуток времени, они способны обработать площадь вдвое или даже втрое меньшую, чем роторные.

Устройство зерноуборочного комбайна роторного типа

В конструкции роторных комбайнов молотильный аппарат представлен в виде ротора. Его вращение создает центробежную силу, способствующую обмолачиванию зерновой массы. Такой конструктив по сравнению с клавишной считается более производительным. Поэтому приобретать такие модели техники лучше для полей с высокой урожайностью.

Другими достоинствами роторных зерноуборочных комбайнов являются:

• сниженное число приводных и вращающихся механизмов;
• меньшая трудоемкость процесса обработки.

Существенными «минусами» аксиально роторных зерноуборщиков выступают:

• ограничения в эксплуатации по климатическим параметрам – эти машины лучше всего справляются со своей задачей в засушливых регионах;
• неприспособленность к работе с влажным зерном;
• высокая ресурсоемкость и дороговизна технического обслуживания;
• большая цена на сами роторные зерноуборочные комбайны.

Особенности гибридных зерновых комбайнов

Гибридные комбайны – специализированные сельхозмашины, используемые для уборки зерновых и зернобобовых посевов. Совмещают в себе молотильные устройства двух предыдущих групп. По своим функциональным характеристикам отличаются от клавишных, но сам процесс облущивания осуществляется в роторах, куда подается стебле-зерновая часть после бильного барабана. Благодаря решетчатой структуре роторов вымолоченное зерно просыпается сразу на решетный стан, в итоге оказываясь в приемном бункере.

Как правильно выбрать зерноуборочный комбайн?

Для того чтобы приобретение этой сельхоз техники не стало напрасной тратой денег, необходимо ориентироваться на следующие критерии:

• величину обрабатываемых площадей – для небольшого хозяйства подойдет зерновой мини комбайн, такой как «Вольво» ВМ-800 или один из японских от фирмы «Yanmar». Эти малогабаритные устройства стоят они в разы дешевле классических комбайнов, просты в ремонте и обслуживании. Нередко встречаются в самодельных вариантах, сделанных своими руками на основе мини тракторов и прочей мелкогабаритной техники. Для средних и крупных землевладений лучше остановиться на современных зерноуборщиках отечественного или зарубежного производства;
• производительность работы;
• ширину захвата жатки;
• потери во время молочения зерна – они не должны превышать 1 %;
• качество и чистоту убранных семян;
• ремонтопригодность и доступность запчастей на ту или иную модель техники;
• бренд изготовителя – рейтинги прошлых годов показывают, что лучшими зерноуборщиками выступают «Class» Tucano-570, 2 модели от американской торговой марки «New Holland» — CX6090 и TC5.90, «Case» IH Axial-Flow 9240, «Palesse» GS12. Все они оборудованы мощными двигательными системами с потенциалом свыше 300 л.с. и адаптированы к климатическим условиям всего Евро-Азиатского континента.